磁电弹性材料中圆弧形裂纹的反平面断裂问题

利用广义复变函数理论和保角映射技术,研究磁电弹性复合材料中圆弧形裂纹在无穷远处受到沿磁电极化方向的磁/电载荷和反平面机械载荷的共同作用下的反平面问题,给出应力场及位移场的精确解析解,并获得在磁电全非渗透及全渗透边界条件下圆弧裂纹尖端场强度因子和能量释放率的解析解。基于数值解进行数值分析,由数值结果表明:控制圆弧形裂纹半弦长与弓高比值的减少,可以提高材料的可靠性能;在两种边界条件下,机械载荷的不断增加最终会促进裂纹的扩展;在磁电全渗透边界条件下,裂纹扩展不受磁/电载荷的影响,但与材料常数和机械载荷的大小水平有关;在磁电全非渗透边界条件下,正(负)磁/电载荷的增加会阻碍裂纹扩展。

爆炸荷载下反向弧形裂纹扩展规律的实验研究

为了研究爆炸荷载作用下预制反向弧形裂纹的动态断裂特性,采用数字激光动态焦散线实像-虚像综合实验系统分析爆炸应力波作用下和斜入射爆生运动裂纹作用下预制弧形裂纹尖端实像和虚像焦散斑变化特征、预制弧形裂纹尖端应力强度因子变化特征以及爆生裂纹与翼裂纹运动扩展特征。结果表明:通过实像光路和虚像光路可以定量分析裂纹尖端拉剪应力和压剪应力的动态变化过程,从而获得爆炸荷载与预制弧形裂纹作用的全过程;爆生主、次裂纹能量具有大小之分,且其动态应力强度因子变化趋势具有一致性;定向爆生运动裂纹与预制弧形裂纹贯通位置是造成预制弧形裂纹上下端点应力强度因子差异性的主要原因。

铁路隧道衬砌弧形裂纹治理研究与应用

以某I级双线铁路站前工程为例,详细阐述了铁路隧道衬砌弧形裂纹的调查分析结果,并提出了治理铁路隧道衬砌弧形裂纹的有效措施。研究结果表明,在铁路投入运营前采取相应的加固治理措施,能够保障铁路运营安全,同时为同类铁路隧道工程问题治理提供参考。

十次对称二维准晶中的圆弧形裂纹

采用复变函数法研究了在远场承受均布声子场机械载荷作用下十次对称二维准晶中穿透周期轴的一个圆弧形裂纹。推导了表征声子场和相位子场的4个复应力函数的解析表达式,并由复应力函数获得了两个裂尖处声子场和相位子场应力强度因子、裂面张开位移以及能量释放率的表达式。

SH波作用下弧形裂纹对圆形衬砌动应力集中系数的影响

对SH波入射情况下弧形裂纹对圆形衬砌结构的影响情况进行了研究.在含有圆形衬砌弹性空间中,取时间谐和的出平面线源载荷作用时的位移函数基本解作为Green函数,首先考虑仅含衬砌结构的情况,求出应力,然后利用裂纹的"人工切割",在裂纹实际存在区域加置与所求应力大小相等、方向相反的应力,从而构造出裂纹.在此基础上给出圆形衬砌与裂纹同时存在情况下的位移、应力表达式,进而对衬砌动应力集中问题进行求解.利用算例讨论裂纹对衬砌结构的动应力集中系数的影响,裂纹的存在改变了系数分布情况,影响不可忽略.

含弧形裂纹复合陶瓷强度的尺度效应

认为含弧形裂纹复合陶瓷由随机方向的三相胞元与有效介质构成,用细观力学的方法研究了复合陶瓷的损伤失效和强度。首先确定三相胞元的外载应变,再依据复合陶瓷在损伤过程中的细观应力场和广义热力学力,计算出三相胞元内基体和颗粒的损伤等效应力,当基体和颗粒的损伤等效应力分别等于两者的极限应力时,得到基体和颗粒的破坏应力。然后,根据混合型应力强度因子计算弧形裂纹扩展时的能量释放率,进而得到界面的破坏应力。最后综合考虑基体、颗粒和和界面损伤影响,获得含弧形裂纹复合陶瓷的宏观强度及其尺度效应。

含三维圆弧形裂纹圆盘应力强度因子分布及起裂规律

圆盘试件径向受载作用下,其起裂点沿着厚度方向裂纹并非呈简单的直线形式,有必要对含有三维构型的裂纹进行分析.应用三维断裂分析软件FRANC3D对假定具有不同形状的三维圆弧形裂纹圆盘试件的应力强度因子进行了数值计算.结果表明,圆弧形裂纹前缘的应力强度因子值与裂纹圆心角γ和无量纲裂纹长度α有关,给出了含有圆弧形裂纹圆盘试件的三维应力强度因子分布规律,并基于I型断裂准则对试件的起裂点进行了分析,有助于进一步认识圆盘试件的起裂和扩展规律.

界面弧形裂纹对混凝土开裂强度的影响研究

混凝土由于水分蒸发、干缩、泌水以及骨料与砂浆变形不一致等原因会导致骨料与砂浆的界面层中产生弧形裂纹,从而对混凝土开裂强度产生很大影响.从细观角度将混凝土视作由粗骨料和水泥砂浆组成的两相复合材料,并将界面层视为粗骨料与水泥砂浆的接触层进行分析.首先基于相互作用直推估计(interaction direct derivative, IDD)法,考虑混凝土中骨料颗粒的相互作用,将施加在混凝土表征体积元的远场外荷载等效为无限大基体中含单一骨料的等效外荷载.然后,将等效外荷载转化为最大和最小主应力,基于断裂力学理论得到界面层中弧形裂纹的应力强度因子,并根据复合型裂纹幂准则判断弧形裂纹是否发生开裂,进而来研究混凝土开裂强度的变化规律.通过与数值模拟结果的比较,验证了界面弧形裂纹应力强度因子解析解的有效性,参数分析结果表明,当裂纹与最大主应力垂直或与最小主应力呈45°夹角时,骨料周围弧形裂纹最易发生开裂破坏.随着裂纹长度增加,混凝土受拉和受压开裂强度先减小后增大,且均存在最不利的裂纹长度.混凝土开裂强度随着骨料体积分数的增加而增大,随着骨料粒径的增大而减小.在裂纹长度较小时,增大骨料的弹性模量有利于提高混凝土开裂强度.骨料周围承受同号应力可以提高混凝土的开裂强度,反之,异号应力会降低开裂强度.

齿面弧形裂纹分析

通过化学成分分析、硬度试验、宏观和微观检验等方法,对减速机齿轮齿面弧形裂纹的产生原因进行了分析。结果表明:该裂纹属于磨削裂纹,磨削工艺不当是裂纹产生的直接原因。热处理工艺不当也增加了齿轮磨裂的可能性。因此,在磨削工艺及热处理工艺方面提出了改进措施。

压电材料中弧形裂纹对入射SH波的散射

将波函数展开方法与奇异积分方程方法相结合,研究了无限大压电体中多个弧形裂纹对入射SH波的散射问题。通过引入广义位错密度函数,所考虑的混合边界值问题被化为一组第一类Cauchy型奇异积分方程,最后化为代数方程组进行数值求解。作为算例,给出了一个和两个弧形裂纹动应力强度因子随入射频率变化的关系曲线。

45钢制轴弧形裂纹形成分析

针对某厂45钢制轴热处理后出现弧状裂纹,通过宏观观察、化学成分分析、金相分析等方法,研究了45钢制轴弧形裂纹的形成原因。结果表明,该钢制轴的开裂多发生在轴端面和轴肩处,工件淬火时在轴端、轴肩等几何敏感部位出现屈氏体软斑及产生缓冷效应而在淬硬区产生几何拉应力,此拉应力超过了材料的抗拉强度而引发钢制轴的开裂。

含随机分布弧形微裂纹陶瓷复合材料的强度预报

针对颗粒性陶瓷复合材料内存在大量界面弧形微裂纹现象,通过考虑夹杂与微裂纹的相互作用,利用二相胞元法推导出夹杂与微裂纹共同作用引起的扰动应变和本征应变。根据微裂纹的本征应变确定了复合材料自由能的变化,进而计算出弧形微裂纹的能量释放率,由材料的破坏条件可获得不同外载条件下的强度。结果表明:复合材料的强度与第二相颗粒的尺寸和内界面脱粘区域有关,颗粒直径越小,强度越高;界面脱粘微裂纹角度越小,强度越高;而微裂纹的分布形态和体积分数对复合材料的强度影响很小。

三相压电复合本构模型中的弧形界面裂纹

深入研究了三相同心圆柱压电复合本构模型中的弧形绝缘界面裂纹问题 .采用复势方法获得了该问题的级数形式的精确解答 ,并给出了应力、应变、电位移和电场强度等物理量在全场及界面上的分布 ,同时推导了裂尖处广义强度因子及裂面张开位移和裂面上电势差的表达式 .具体计算表明该级数解答收敛迅速 ,同时显示出第三相混杂区的影响是不能忽略的 .由于裂尖处应力奇异性为 - 1 2 ,则这种解答不会出现平面应变状态下界面裂纹裂尖处的振荡奇异性 ,从而不会产生违反物理实际的裂面相互嵌入现象 ,则该弹性解答也是建立于坚实的物理基础之上 .

电磁材料弧形界面裂纹SH波散射的远场特性

分析了电磁材料弧形界面裂纹SH波散射的远场特性。根据波函数展开法将所研究的混合边值问题转化为对偶级数方程组,通过引入位错密度函数,进一步将问题归结为第一类Cauchy奇异积分方程。在此基础上,导出了远场散射模式(SFFP)和散射截面(SCS)的表达式,并详细考查了入射方向、裂纹张开角及载荷组合对远场散射特性的影响。研究成果对电磁构件的设计及电磁材料内裂纹的识别具有理论与应用价值。

圆弧形穿透裂纹应力强度因子的仿真研究

根据复合型裂纹应力强度因子解析计算方法对不同的裂纹尺寸、荷载大小对应力强度因子的影响进行仿真研究,得到了不同情况下的应力强度因子.给出了I、II复合型裂纹应力强度因子随裂纹尺寸深度变化的情况,并对这两种情况下的应力强度因子进行了比较.

小轴淬火弧形开裂原因分析

对某小轴在淬火过程中端面产生弧形裂纹这一情况进行了分析。结果表明 。

圆柱型功能梯度双材料界面裂纹问题研究

研究圆柱型功能梯度双材料在轴向剪切力条件下的界面裂纹尖端场的力学问题。利用弧形界面裂纹尖端的控制方程和材料边界条件,将力学问题转换成偏微分方程组的边值问题,建立数学模型。运用分离变量法,设定特殊包含待定系数的位移函数,借助边界条件和待定系数法,推导出奇异积分方程,从而得到满足边界的偏微分方程组的解。利用位移函数与应力、应变关系式,计算得到级数形式的圆柱型双材料界面裂纹尖端附近的应力以及位移的表达式。

含界面微裂纹颗粒增强复合材料的有限元分析

界面弧形微裂纹是复合材料在制备和加工过程中产生的一种细观损伤,这种现象普遍存在,不可避免。根据细观力学方法,将陶瓷颗粒、弧形裂纹和基体壳简化为椭球三相胞元置于有效介质氛围中;假设复合材料受单轴拉伸应力作用,基于有效自洽方法对复合材料基体中局部应力应变场进行分析;并应用ANSYS有限元软件对含界面微裂纹复合材料进行单轴拉伸行为模拟,得到与实际情况相符的数值结果。

圆柱型各向同性双材料界面裂纹问题研究

研究圆柱型各向同性双材料在径向应力条件下的界面裂纹尖端场的力学问题。利用弧形界面裂纹尖端的控制方程和材料边界条件,将力学问题化为偏微分方程组边值问题,建立了数学模型。运用分离变量法,设定特殊含待定系数的位移函数,借助边界条件和待定系数法,得到满足边界的偏微分方程组的解。利用应力函数与位移、应力的关系式,计算得到级数形式的圆柱型复合材料界面裂纹尖端附近的应力和位移的解析表达式。

支重轮体热处理裂纹分析

支重轮体在热处理中往往因为锻后毛胚原始组织较差和工件结构中较多敏感部位的原因产生热处理裂纹。裂纹一般在粗车后调质的淬火工艺中出现,位置在油封或者端面。其中,与锻造有关的油封处裂纹在批量生产中,不良品率可达到60%。因内孔裂纹产生的不良品率可达到5%。通过锻造毛胚的金相组织和整体淬火后工件内孔的硬度分布,分析出产生这两种裂纹的原因。通过对锻造模具的更改和淬火前预处理,大大降低了支重轮体热处理的不良品率。